→ Гомогенное отложение в пещерах. Водные механические отложения в пещерах. За удобрениями - под землю

Гомогенное отложение в пещерах. Водные механические отложения в пещерах. За удобрениями - под землю

Следующая примечательная группа отложений пещер - водные механические отложения.

Знакомство с ними также не доставит большого удовольствия неспециалисту. В Красной пещере есть озера, где почти по пояс погружаешься в вязкую глину, часто оставляя в ней подошву ботинка, а то и нижнюю часть гидрокомбинезона... Но геолог видит в этих отложениях источник разнообразных сведений об условиях "жизни" карстовых полостей. Для их получения, прежде всего, необходимо изучить состав отложений.

Минералогический анализ иногда сразу дает ответ на вопрос, откуда поступает вода. Если состав отложений соответствует составу минералов вмещающих пород, то пещера сформирована местными, автохтонными потоками. Поэтому еще в далеком 1958 году, только начиная исследования Красной пещеры, мы уже знали, что начало ее надо искать на плато Долгоруковского массива, в шахте Провал,- ведь только в пределах питающего ее водосбора есть кварцевая галька. Изучая пещеры долины Косцельской в Татрах, польские спелеологи обратили внимание на то, что пещеры, находящиеся в одном месте, но на разной высоте над дном долины, имели разный состав песчаного заполнителя: чем ближе ко дну, тем богаче спектр находимых в нем минералов... Изучение палеогеографии района показало, что это связано с глубиной врезания реки, постепенно "добравшейся" до водосборов центральной части Татр, сложенных некарстующимися породами.

Конечно, при детальных исследованиях эта схема выглядит значительно сложнее. Приходится отбирать сотни проб, разделять их на фракции по размеру, удельному весу, магнитным и прочим свойствам, определять и подсчитывать под микроскопом содержание отдельных минеральных зерен и т. д. Наградой бывают удивительные находки. В пещерах Крыма неожиданно обнаружены минералы: муассанит, когенит, иоцит, до того известные только в метеоритах; в пещерах Болгарии обнаружены прослои вулканического пепла, которые есть основания связывать со взрывом вулкана на о-ве Санторин в Эгейском море в 25 и 4-1 тысячелетиях до н. э.

Так протянулась ниточка, связывающая исследователей пещер XX века с проблемами Атлантиды и гибели минойской культуры...

Второе направление исследований водных механических отложений - изучение их крупности. Она может быть различной - от метровых валунов, иногда находимых в пещерах, образованных ледниковыми потоками, до тончайшей глины, частицы которой имеют микронные размеры. Естественно, и методы их исследований разные: прямой обмер, использование набора сит, применение обычных и ультрацентрифуг. Что же дают все эти, часто длительные и дорогие, работы? Основное - восстановление древних палеогеографических условий существования пещер. Между скоростью подземных потоков, диаметром каналов, по которым они движутся, и размерами переносимых частиц имеются связи, выражаемые довольно сложными формулами. В их основе лежат все те же уравнения неразрывности потока Бернулли, "помноженные" на не менее известное уравнение Стокса, описывающее скорость оседания частиц в стоячей воде разной температуры и плотности. В результате получается красивая номограмма, предложенная чешским спелеологом Р. Буркхардтом,- график, по которому, зная площадь поперечного сечения хода и диаметры частиц, отложившихся на его дне, можно оценить среднюю и максимальную скорость и расход некогда бушевавших здесь потоков.

Изучение водных механических отложений позволяет дать ответ и на некоторые теоретические проблемы, в частности вопрос о том, в какой гидродинамической зоне закладывалась данная пещера. В 1942 г., обнаружив на дне ряда пещер США тонкую глину, опытный геолог и спелеолог Дж. Бретц предположил, что они образованы путем растворения известняков медленно текущими водами: ведь только в них возможно осаждение глинистых частиц! Через 15 лет, выкопав в десятках этих же пещер глубокие шурфы, карстовед Девис установил, что жирные глины лишь венчают очень сложный многометровый разрез заполнителя. Под глинами располагались слои песка и гравия, принесенные мощным потоком, затем следовала натечная кора, которая могла образоваться только при длительном осушении пещеры, ниже - опять в разрезе появлялась глина, ложащаяся на валуны... Так водные механические отложения помогают специалистам "прочитать" историю развития пещер.

Дублянский В.Н.,
научно-популярная книга

Вода не только создает пещеры, но и украшает их. Хе­могенные образования, делающие пещеры удивительно красивыми и неповторимыми, крайне разнообразны. Они формируются тысячелетиями. Основную роль в их обра­зовании играют инфильтрационные воды, просачивающие­ся через толщу карбонатных пород и капающие с потол­ка карстовых пещер. В прошлом эти формы называли капельниками, причем различали «капь верхнюю» и «капь нижнюю».

Впервые происхождение натечных образований было объяснено великим русским ученым М. В. Ломоносовым: «Капь верхняя подобна во всем ледяным сосулькам. Ви­сит на сводах штольны натуральных. Сквозь сосульки, коих иногда много разной длины и толщины вместе срос­лись, проходят сверху вертикальные скважины разной ши­рины, из коих горная вода каплет, долготу их наращает и производит капь нижнюю, которая растет от падаю­щих капель из верхних сосулек. Цвет капи, а особливо верхней, бывает по большей части, как и накипи, белой, сероватой; иногда, как хорошая ярь, зеленой, или совсем вохряной».

Натечные образования формируются обычно после воз­никновения подземных полостей (эпигенетические) и очень редко одновременно с ними (сингенетические). По­следние в карстовых пещерах, очевидно, не наблюдаются.

Хемогенные отложения пещер издавна привлекали к себе внимание исследователей. Между тем вопросы клас­сификации и типизации их до последнего времени разра­ботаны крайне слабо. Среди специальных исследований выделяется работа В. И. Степанова (1971), который под­разделяет минеральные агрегаты пещер на три типа: сталактит-сталагмитовая кора (сюда включаются продук­ты кристаллизации из свободно стекающих растворов, т. е. сталактиты, сталагмиты, сталагнаты, драпировки, натеки на стенах и полу пещер), кораллиты (к этому типу относятся минеральные агрегаты, возникшие из капил­лярных водных пленок на поверхности подземных поло­стей и натечных форм) и антолиты (этот тип представ­лен скручивающимися и расщепляющимися при росте параллельно-волокнистыми агрегатами легкорастворимых минералов - гипса, галита и др.). Хотя в основу этой типи­зации положен генетический классификационный признак, теоретически она недостаточно обоснована.

Наибольший интерес представляют классификации хе­могенных форм, предложенные Г. А. Максимовичем (1963) и 3. К. Тинтилозовым (1968). На основе учета этих ис­следований хемогенные образования могут быть подраз­делены на следующие основные типы: натечные, коло­морфные и кристаллитовые.

Натечные образования, имеющие широкое распрост­ранение в пещерах, по форме и способу происхождения подразделяются на две большие группы: сталактитовые, образующиеся за счет известкового вещества, выделяюще­гося из капель, висящих на потолке, и сталагмитовые, формирующиеся за счет вещества, выделяющегося из упавших капель.

Среди натечных сталактитовых образований выделя­ют гравитационные (тонкотрубчатые, конусообразные, пластинчатые, занавесообразные и др.) и аномальные (в основном геликтиты).

Особенно интересны тонкотрубчатые сталактиты, об­разующие иногда целые кальцитовые заросли. Их фор­мирование связано с выделением карбоната кальция или галита из инфильтрационных вод. Просочившись в пе­щеру и попав в новые термодинамические условия, ин­фильтрационные воды теряют часть углекислого газа. Это приводит к выделению из насыщенного раствора коллоид­ного карбоната кальция, который отлагается вдоль пери­метра падающей с потолка капли в виде тонкого валика (Максимович, 1963). Постепенно наращиваясь, валики превращаются в цилиндр, образуя тонкотрубчатые, неред­ко прозрачные сталактиты. Внутренний диаметр труб­чатых сталактитов составляет 3-4 мм, толщина стенок обычно не превышает 1-2 мм. В отдельных случаях они достигают 2-3 и даже 4,5 м длины.

Среди сталактитов наиболее распространены кону­сообразные сталактиты (рис. 3). Рост их определяется за счет вод, стекающих по тонкой полости, расположен­ной внутри сталактита, а также за счет поступления кальцитового материала по поверхности натека. Нередко внутренняя полость располагается эксцентрично (рис. 4). Из отверстия этих трубочек через каждые 2-3 мин. капа­ет прозрачная вода. Размеры конусообразных сталакти­тов, располагающихся преимущественно вдоль трещин и хорошо их индицирующих, определяются условиями по­ступления карбоната кальция и величиной подземной полости. Обычно сталактиты не превышают 0,1-0,5 м дли­ны и 0,05 м в диаметре. Иногда они могут достигать 2-3, даже 10 м длины (Анакопийская пещера) и 0,5 м в диаметре.

Интересны сферические (луковицеобразные) сталак­титы, образующиеся в ре­зультате закупорки отвер­стия трубки. На поверхности сталактита возникают абер­рационные утолщения и узорчатые наросты. Сфериче­ские сталактиты из-за вто­ричного растворения кальция водами, поступающими в пе­щеру, нередко пустотелы.

В некоторых пещерах, где наблюдается значительное движение воздуха, встре­чаются изогнутые сталакти­ты - анемолиты, ось кото­рых отклонена от вертикали. Образование анемолитов оп­ределяется испарением сви­сающих капель воды на под­ветренной стороне сталакти­та, что вызывает изгибание его в направлении движения воздушного потока. Угол из­гиба у отдельных сталакти­тов может достигать 45°. Если направление движения воздуха периодически из­меняется, то формируются зигзагообразные анемолиты. Аналогичное происхожде­ние со сталактитами имеют занавеси и драпировки, сви­сающие с потолка пещер. Они связаны с инфильтрацион­ными водами, просачивающимися вдоль длинной трещины. Некоторые занавеси, состоящие из чистого кристалличе­ского кальцита, совершенно прозрачны. В нижних частях их нередко располагаются сталактиты с тонкими трубоч­ками, на концах которых висят капельки воды. Кальци­товые натеки могут иметь вид окаменевших водопадов. Один из таких водопадов отмечен в гроте Тбилиси Ана­копийской пещеры. Высота его около 20 м, а ширина 15 м.

Геликтиты - это сложно построенные эксцентрические сталактиты, входящие в подгруппу аномальных сталакти­товых образований. Они встречаются в различных частях карстовых пещер (на потолке, стенах, занавесях, ста­лактитах) и имеют самую разнообразную, нередко фан­тастическую форму: в виде изогнутой иглы, сложной спи­рали, скрученного эллипса, круга, треугольника и т. д. Игольчатые геликтиты достигают 30 мм в длину и 2- 3 мм в диаметре. Они представляют собой монокристалл, который в результате неравномерного роста меняет ори­ентацию в пространстве. Встречаются также поликри­сталлы, вросшие один в другой. В разрезе игольчатых геликтитов, растущих в основном на стенах и потолке пещер, не прослеживается центральная полость. Они бес­цветны или прозрачны, конец их заострен. Спиралеоб­разные геликтиты развиваются преимущественно на ста­лактитах, особенно тонкотрубчатых. Они состоят из мно­жества кристаллов. Внутри этих геликтитов обнаружива­ется тонкий капилляр, через который раствор достигает внешнего края агрегата. Образующиеся на концах гелик­титов капельки воды, в отличие от трубчатых и кониче­ских сталактитов, длительное время (многие часы) не от­рываются. Это определяет крайне медленный рост гелик­титов. Большинство их относится к типу сложных обра­зований, имеющих причудливо-замысловатую форму.

Сложнейший механизм возникновения геликтитов в настоящее время еще недостаточно изучен. Многие ис­следователи (Н. И. Кригер, Б. Жезе, Г. Триммель) фор­мирование геликтитов связывают с закупоркой канала роста тонкотрубчатых и других сталактитов. Поступаю­щая внутрь сталактита вода проникает в трещины между кристаллами и выходит на поверхность. Так начинается рост геликтитов, обусловленный преобладанием капил­лярных сил и сил кристаллизации над силой тяжести. Капиллярность является, по-видимому, главным фактором образования сложных и спиралеобразных геликтитов, на­правление роста которых первоначально в значительной мере зависит от направления межкристаллических трещин.

Ф. Чера и Л. Муча (1961) экспериментальными фи­зико-химическими исследованиями доказали возможность осаждения кальцита из воздуха пещер, что и вызывает образование геликтитов. Воздух с относительной влажностью 90-95%, перенасыщенный мельчайшими капель­ками воды с бикарбонатом кальция, оказывается аэро­золем. Выпадающие на уступы стен и кальцитовых об­разований капельки воды быстро испаряются, а карбонат кальция выпадает в виде осадка. Наибольшая скорость роста кристалла кальцита идет вдоль главной оси, обус­ловливая формирование игольчатых геликтитов. Следова­тельно, в условиях, когда дисперсионной средой является вещество, находящееся в газообразном состоянии, гелик­титы могут расти за счет диффузии растворенного ве­щества из окружающего их аэрозоля. Созданные таким путем («аэрозольный эффект») геликтиты получили на­звание «пещерного инея».

Наряду с кольматажем питательного канала отдель­ных тонкотрубчатых сталактитов и «аэрозольного эффек­та» на формирование геликтитов, по мнению некоторых исследователей, влияют также гидростатическое давление карстовых вод (Л. Якуч), особенности циркуляции воз­духа (А. Вихман) и микроорганизмы. Эти положения, од­нако, недостаточно аргументированы и, как показали ис­следования последних лет, в значительной мере дискус­сионны. Таким образом, морфологические и кристалло­графические особенности эксцентричных натечных форм могут объясняться либо капиллярностью, либо влиянием аэрозоля, а также комбинацией этих двух факторов.

Наибольший интерес представляют вопросы о строении сталактитов, особенностях их формирования и скорости роста. Этими вопросами занимались А. Н. Чураков (1911), Н. М. Шерстюков (4940), Г. А. Максимович (1963) и З. К. Тинтилозов (1968).

Сталактиты состоят в основном из кальцита, на долю которого приходится 92-100%. Кристаллы кальцита име­ют таблитчатую, призматическую и другие формы. В про­дольном и поперечном разрезах сталактита под микроско­пом прослеживаются веретенообразные зерна кальцита длиной до 3-4 мм. Они расположены перпендикулярно к зонам нарастания сталактита. Промежутки между ве­ретенообразными зернами заполнены мелкозернистым (до 0,03 мм в диаметре) кальцитом. При сильном увеличе­нии отдельные зерна мелкозернистого кальцита обнару­живают тонкокристаллическое зернистое строение (рис.5). Иногда в них встречается значительное количество аморф­ного и глинисто-известковистого материала. Загрязнение сталактита глинистым пелитовым материалом, прослежи­вающимся в виде тонких параллельных прослоек, опре­деляет его полосчатое сложение. Полосчатость идет вкрест простирания кристаллов. Она связана с изменением со­держания примесей в поступающем растворе во время роста сталактита.

Скорость роста сталактитов определяется быстротой притока (частотой скапывания) и степенью насыщен­ности раствора, характером испарения и особенно пар­циальным давлением углекислого газа. Частота падения капель со сталактитов изменяется от нескольких секунд до многих часов. Иногда падения капель, висящих на концах сталактита, вообще не наблюдается. В этом слу­чае, по-видимому, вода удаляется только за счет испа­рения, что обусловливает крайне медленный рост сталак­титов. Специальные исследования, проведенные венгер­скими спелеологами, показали, что жесткость воды капель, свисающих со сталактита, больше, чем падающих, на 0,036-0,108 мг-экв. Следовательно, рост сталактита сопровождается уменьшением в воде содержания кальция и выделением углекислоты. Этими исследованиями установ­лено также значительное изменение жесткости сталак­титовых вод в течение года (до 3,6 мг-экв), причем наи­меньшая жесткость отмечается зимой, когда содержание углекислоты в воде в связи с ослаблением жизнедея­тельности микроорганизмов понижается. Естественно, это влияет на темпы роста и форму сталактитов в разные сезоны года.

Особый интерес вызывают непосредственные наблюде­ния (пока немногочисленные) за скоростью роста сталак­титов. Благодаря им удалось установить, что интенсив­ность роста кальцитовых сталактитов в разных подземных полостях и в различных природных условиях, по данным Г. А. Максимовича (1965), изменяется от 0,03 до 35 мм в год. Особенно быстро растут галитовые сталактиты. В условиях притока сильно минерализованных хлоридно-натриевых вод скорость роста сталактитов на Шорсуй­ском руднике (Средняя Азия, Алайский хребет), согласно исследованиям Н. П. Юшкина (1972), изменяется от 0,001 до 0,4 мм в сутки: достигая в отдельных случаях 3,66 мм в сутки, или 1,336 м в год.

Сталагмиты составляют вторую большую группу на­течных образований. Они формируются на полу карсто­вых пещер и обычно растут навстречу сталактитам. Па­дающие с потолка капли выдалбливают в отложениях пола пещер небольшую (до 0,15 м) ямку конической формы. Эта ямка постепенно заполняется кальцитом, образующим своеобразный корень, и начинается рост сталагмита вверх.

Сталагмиты обычно имеют небольшие размеры. Лишь в отдельных случаях они достигают высоты 6-8 м при диаметре нижней части 1-2 м. На участках, где они со­единяются со сталактитами, возникают кальцитовые ко­лонны, или сталагнаты, самой разнообразной формы. Осо­бенно красивы узорчатые или витые колонны.

В зависимости от формы сталагмиты имеют множе­ство названий. Выделяются конические сталагмиты, пагодаобразные, пальмовые, сталагмиты-палки, кораллиты (сталагмиты древовидной формы, имеющие вид коралло­вых кустов) и др. Форма сталагмитов определяется ус­ловиями их образования и прежде всего степенью обвод­ненности пещеры.

Весьма оригинальны сталагмиты, имеющие вид камен­ных лилий в гроте Иверия Анакопийской пещеры. Вы­сота их достигает 0,3 м. Верхние края таких сталагмитов раскрыты, что связано с разбрызгиванием водяных капель, падающих с большой высоты, и аккумуляцией карбона­та кальция по стенкам образовавшейся ямки. Интересны сталагмиты с оторочками, напоминающие подсвечники (грот Тбилиси Анакопийской пещеры). Оторочки обра­зуются вокруг периодически затопляемых сталагмитов (Тинтилозов, 1968).

Встречаются эксцентричные сталагмиты. Искривление их нередко вызывается медленным движением осыпи, на которой они формируются. Основание сталагмита в этом случае постепенно перемещается вниз, а падающие на одно и то же место капли искривляют сталагмит в на­правлении вершины осыпи. Такие сталагмиты наблюдают­ся, например, в Анакопийской пещере.

Для сталагмитов характерно слоистое строение (рис.6). В поперечном разрезе чередуются концентрически распо­ложенные белые и темные слои, толщина которых изме­няется от 0,02 до 0,07 мм. Толщина слоя по окружности неодинакова, так как падающая на сталагмит вода рас­текается по его поверхности неравномерно.

Исследования Ф. Витасека (1951) показали, что на­растающие сталагмитовые слои представляют собой по­лугодичный продукт, причем белые слои отвечают зим­нему периоду, а темные - летнему, поскольку теплые лет­ние воды отличаются повышенным содержанием по срав­нению с водами зимнего периода гидроокисей металлов и органических соединений. Белые слои характеризуются кристаллической структурой и перпендикулярным распо­ложением зерен кальцита к поверхности слоев. Темные же слои аморфны, их кристаллизации препятствует на­личие коллоидного гидрата окиси железа.

При сильном увеличении в темных слоях выявлено чередование многих белых и темных очень тонких сло­ев, что указывает на многократное изменение в течение года условий просачивания инфильтрационных вод.

Строгое чередование в поперечном разрезе белых и темных слоев используется для определения абсолютного возраста сталагмитов, а также подземных полостей, в ко­торых они формируются. Подсчеты дают интересные ре­зультаты. Так, возраст сталагмита из Кизеловской пеще­ры (Средний Урал), достигающего в поперечнике 68 см, был определен в 2500 лет (Максимович, 1963). Возраст сталагмитов некоторых зарубежных пещер, определенный по полугодовым кольцам, составил 600 тыс. лет. (По ис­следованиям Ф. Витасека, в Деменовских пещерах в Чехо­словакии сталагмит в 1 мм образуется за 10 лет, а в 10 мм - за 500 лет.) Этот интересный метод, получаю­щий все более широкое распространение, однако еще да­леко не совершенен и нуждается в уточнении.

В продольном разрезе сталагмит состоит как бы из множества тонких колпачков, надетых друг на друга. В центральной части сталагмита горизонтальные кальци­товые слои резко падают вниз, по направлению к его кра­ям (см. рис. 6).

Скорость роста сталагмитов весьма различна. Она за­висит от влажности воздуха в пещере, особенностей его циркуляции, величины притока раствора, степени его кон­центрации и температурного режима. Как показали наб­людения, скорость роста сталагмитов изменяется от де­сятых долей до нескольких миллиметров в год. Особый интерес в этом отношении представляют работы че­хословацких исследователей, применивших для определе­ния возраста карстовых образований радиоуглеродный ме­тод. Установлено, что скорость роста сталагмитов в пеще­рах Чехословакии составляет 0,5-4,5 см за 100 лет (Г. Франке). В длительной и сложной истории формиро­вания натечных образований эпохи аккумуляции материа­ла могут чередоваться с периодами его растворения.

Для кальцитовых натечных образований характерно явление люминесценции, что связано с присутствием в них активирующих примесей. Облученные импульсной лампой натечные образования светятся желтым, нежно-зе­леным, лазорево-голубым и синим светом. Иногда они излучают ослепительно белый ровный свет, который как будто струится из этих сказочно красивых форм. Наибо­лее яркое свечение имеют натеки с примесью марганца.

К коломорфным образованиям относятся кальцитовые плотины (гуры), кальцитовая кора, кальцитовые пленки, пещерный жемчуг (оолиты) и каменное молоко. Гуры и пещерные оолиты, сложенные преимущественно туфом, по структуре, пористости и объемному весу несколько отличаются от других натечных образований, что позволяет выделить их в особую группу. Впрочем, это деление в зна­чительной мере условно.

Кальцитовые плотины, или гуры, подпруживающие подземные озера, довольно широко распространены. В Со­ветском Союзе они отмечены в 54 пещерах. Гуры встре­чаются преимущественно в известняковых и значительно реже в доломитовых полостях. Они образуются в гори­зонтальных и наклонных проходах в результате выпаде­ния из раствора карбоната кальция, что связано с выде­лением углекислоты вследствие изменения температуры водного потока при его движении по подземной галерее. Очертания плотин, имеющих обычно вид правильной или изогнутой дуги, определяются главным образом первона­чальной формой выступов пола пещеры. Высота барражей изменяется от 0,05 до 7 м, а длина достигает 15 м. По морфологическим признакам гуры подразделяются на пло­щадные и линейные. Последние развиты в основном в узких проходах с подземными ручьями, которые они разделяют на отдельные водоемы площадью до 1000 м 2 и более.

Водный поток не только создает кальцитовые плоти­ны, но и разрушает их. При изменении расхода потока и минерализации подземных вод под действием эрозии и коррозии в гурах образуются отверстия, проломы и про­пилы. Это приводит к формированию сухих гуров, не спо­собных удерживать воду. В результате дальнейшего рас­творения и размыва на месте кальцитовых плотин оста­ются лишь сильно корродированные выступы, отмечае­мые на полу и стенах полости. По толщине сезонного полуслойка (0,1 мм) В. Н. Дублянским был определен возраст гуров в Красной пещере. Он оказался равным примерно 9-10 тыс. лет.

Кальцитовые плотины особенно интересны в пещерах Красной, Шакуранской и Кутукской IV. В дальней ча­сти Красной пещеры на протяжении 340 м отмечено 36 кальцитовых каскадов высотой от 2 до 7 м и длиной до 13 м. Ширина их достигает иногда 6 м. В галерее Боль­ших гуров, расположенной в верхнем этаже пещеры Ку­тукская IV и имеющей длину 102 м, русло подземного ручья перегорожено 34 плотинами из молочно-белого кальцита. Высота их достигает 2 м, а длина - 15 м. Здесь найдены так называемые запечатанные гуры (кальцито­вые камеры). Подпруживаемые ими водоемы полностью покрыты кальцитовой пленкой. Один из проходов Шаку­ранской пещеры (Кавказ), длина которого достигает 400 м, разделен кальцитовыми плотинами на 18 озер глубиной от 0,5 до 2 м.

Кальцитовая кора обычно образуется у основания стен, по которым стекает просочившаяся в пещеру вода. По­верхность ее, как правило, неровная, бугристая, иногда напоминает волновую рябь. Мощность кальцитовой коры в отдельных случаях превышает 0,5 м.

На поверхности подземных озер, имеющих высокоми­нерализованную воду, иногда отмечаются кальцитовые пленки белого цвета. Они образуются из кристалликов кальцита, которые свободно плавают на поверхности воды. Спаиваясь друг с другом, эти кристаллики форми­руют сначала тоненькую пленку, плавающую на поверх­ности воды в виде отдельных пятен, а затем сплошную пленку кальцита, покрывающую все озеро, подобно ле­дяному покрову. На озерах, подпруженных гурами, образование пленки начинается от берегов. Постепенно раз­растаясь, пленка занимает всю водную поверхность. Тол­щина пленок небольшая. Она изменяется от нескольких десятых долей миллиметра до 0,5 см и более. Если уро­вень озера понижается, то между поверхностью воды и пленкой может образоваться пространство. Кальцитовые пленки имеют преимущественно сезонный характер. Они возникают в сухие периоды, когда в озерной воде наблю­дается высокая концентрация кальциевого и гидрокарбо­натного ионов. При поступлении в пещеру обильных дож­девых и талых снеговых вод кальцитовые пленки на по­верхности подземных озер разрушаются.

По данным Л. С. Кузнецовой и П. Н. Чирвинского (1951), кальцитовая пленка представляет собой мозаику зернышек размером 0,05-0,1 мм в поперечнике. Ориен­тировка зернышек беспорядочная. По характеру окраски они делятся на две группы. Одни, буроватые и мутные, слабо просвечиваются, а другие, бесцветные, более проз­рачные, кажутся волокнистыми. Что касается минерало­гического состава, то обе группы зернышек представле­ны чистым карбонатом кальция. Верхняя поверхность ко­рочки под микроскопом бугристая, а нижняя - совер­шенно гладкая.

Наряду с кальцитовыми пленками на поверхности озер встречаются также гипсовые. Они словно прозрачный ле­док покрывают не только водную гладь озера, но и гли­нистые его берега. Такую пленку можно видеть, в част­ности, на поверхности озер Кунгурской ледяной пещеры.

Во многих пещерах, развитых в карбонатных породах, встречаются небольшие кальцитовые шарики, которые на­зываются оолитами, или пещерным жемчугом. Жемчу­жины имеют овальную, эллиптическую, сферическую, по­лиэдрическую или неправильную формы. Длина их обыч­но изменяется от 5 до 14 мм, а ширина - от 5 до 11 мм. Самый крупный оолит в Советском Союзе был найден в Мааникварской шахте, входящей в систему Анакопий­ской пещеры. Длина его 59 мм. По форме и размерам он напоминал куриное яйцо. Преобладают приплюснутые жемчужины. Иногда они сцементированы по нескольку штук (10-20) и образуют оолитовый конгломерат. Цвет оолитов белый или желтоватый. Поверхность их матовая, гладкая или шероховатая.

Пещерный жемчуг сложен в основном (до 93%) каль­цитом. В разрезе он имеет концентрическое строение, при­чем чередуются светлые и темные слои. Толщина сло­ев может быть различной. В центральной части жемчужи­ны отмечаются зерна кварца, кальцита или комочки гли­ны, вокруг которых и нарастают оболочки коллоидного карбоната кальция. Интересно, что кристаллические обо­лочки оолитов отделены друг от друга тонкими просло­ями пелитоморфного известняка.

Пещерный жемчуг образуется в неглубоких подзем­ных озерках, которые питаются капающими с потолка каплями воды, насыщенными карбонатом кальция. Важ­ным условием формирования оолитов является их не­прерывное вращение. По мере роста агрегатов враще­ние их замедляется, а затем вообще прекращается, так как они полностью заполняют ванночку, в которой обра­зуются.

Рост оолитов зависит от многих факторов. При бла­гоприятных условиях они формируются очень быстро (в Постоинской пещере в Югославии примерно за 50 лет). В пещере Хралупа (Болгария) были найдены оолиты по­перечником 5-6 мм, которые состояли всего лишь из 3-4 концентрических слоев. Следовательно, их возраст может быть определен в 3-4 года. Однако к возможно­сти использования кальцитовой слоистости для определе­ния возраста хемогенных образований следует относиться с большой осторожностью, поскольку «…периодичность от­ложения карбоната кальция не совпадает с временами года, а определяется только изменениями количества по­ступающей воды, температурой ее и окружающего воз­духа».

Пещерный жемчуг, найденный в Советском Союзе в пещерах Дивьей, Кизеловской, Красной, Анакопийской, Шакуранской, Вахушти, Макрушинской и в некоторых других, по химическому составу не отличается от био­генного жемчуга морских моллюсков, поскольку тот и другой сложены углекислым кальцием. Между тем настоящий жемчуг отличаетсяот пещерного ярко выраженным перламутровым блеском, характерным для арагонита, ко­торым представлен биогенный жемчуг. Арагонит, од­нако, является неустойчивой модификацией карбоната кальция и самопроизвольно переходит в кальцит. Правда, при обычной температуре это превращение идет довольно медленно.

Среди известковых образований особенно интересно лунное, или каменное, молоко, представляющее собой ти­пичный коллоид. Оно покрывает своды и стены пещер на участках, где вода выступает из узких трещин и в условиях слабого испарения сильно разжижает породу, которая по внешнему виду напоминает известковое тес­то, сметанообразную массу или каменное молоко белого цвета. Это очень редкое и пока еще не разгаданное яв­ление природы отмечено в Красной (Крым), Кизеловской (Урал), Анакопийской (Кавказ) и некоторых других пе­щерах Советского Союза.

На стенах и потолке некоторых пещер встречаются кристаллы различных автохтонных минералов: кальцита, арагонита, гипса и галита. Среди кристаллитовых обра­зований особенно интересны кальцитовые, арагонитовые и гипсовые цветы (антодиты) в виде пучков и розеток кристаллов, достигающих иногда нескольких сантиметров длины. В настоящее время они встречаются исключитель­но в сухих участках пещер. Их происхождение связано, очевидно, с одной стороны, с кристаллизацией карбоната конденсационных капель, а с другой - с коррозией кар­стующихся пород конденсационными водами. Как показа­ли исследования, это преимущественно древние образо­вания. Они сформировались в иных, отличных от настоя­щих, гидрологических и микроклиматических условиях. Встречаются также и современные формы.

Наряду с антодитами интересны щетки кристаллов кальцита, арагонита, гипса и галита, покрывающие зна­чительные участки стен и потолка пещер. Такие кристалловые галереи отмечены во многих подземных поло­стях СССР (Крывченская, Красная, Дивья и др.).

Основные закономерности формирования хемогенных отложений и особенности кристаллизационной аккумуля­ции пещер на примере Анакопийской пропасти изуча­лись В. И. Степановым (1971). По его мнению, общий ход кристаллизации каждого отдельного участка этой пе­щеры идет по схеме: туфовая сталактит-сталагмитовая кора - кальцитовая сталактит-сталагмитовая кора - ко­раллиты - гипс.

Наиболее детальная схема спелеолитогенеза разрабо­тана Г. А. Максимовичем (1965). Он показал, что харак­тер и морфология хемогенных образований зависят от ве­личины притока воды и парциального давления углеки­слого газа, которые значительно изменяются на разных стадиях развития пещеры. При больших притоках воды (1-0,1 л/сек) выпадающий из раствора карбонат каль­ция образует на полу пещеры покровы и гуры (рис. 7). Последние нередко располагаются каскадами. Когда при­ток воды из трещин и отверстий в потолке пещеры умень­шается, то создаются условия для формирования массив­ных (0,01-0,001 л/сек), пагодаобразных (0,001-0,005 л/сек) и пальмовых (0,005-0,0001 л/сек) сталагмитов. При дальнейшем уменьшении притока воды, насыщенной карбонатом кальция, возникают сначала конические ста­лактиты (10 -4 -10 -5 л/сек), а затем - сталагмиты-пал­ки (10 -5 -10 -6 л/сек). Особый интерес представляет класс притоков с дебитом 10 -4 -10 -5 л/сек (или 0,1- -0,01 см 3 /сек), определяющих переход от нижней лито-аккумуляции к верхней, а также их совместное развитие. При ничтожно малых притоках воды образуются трубча­тые сталактиты (10 -3 -10 -5 см 3 /сек), сложные сталактиты с широким основанием (10 -5 -10 -6 см 3 /сек) и эксцентри­ческие сталактиты (10 -6 -10 -7 см 3 /сек). В формирова­нии эксцентрических сталактитов принимают участие также конденсационные воды. На этом этапе спелеолито­генеза силы кристаллизации доминируют над силой тяже­сти, которая играла главную роль при более значитель­ных притоках. Заключительным звеном генетического ряда хемогенных образований являются кристаллитовые формы, связанные с выпадением кальцита из конденса­ционных вод, которые на этой стадии представляют един­ственный источник поступления влаги.

Предложенная Г. А. Максимовичем (1965) схема об­разования спелеоформ имеет важное теоретическое и ме­тодическое значение. Она позволяет наметить стройный генетический ряд карбонатного литогенеза пещер, осно­ванный на учете количественных показателей стока под­земных вод и парциального давления углекислого газа, изменение которого во времени связано со стадиально­стью развития карстовых полостей. В этой схеме, к со­жалению, не определено положение многих широко рас­пространенных натечных форм (колонны, занавеси, дра­пировки и др.), что обусловлено, с одной стороны, огра­ниченностью материала экспериментальных наблюдений, а с другой - общей слабой разработанностью рассматри­ваемой проблемы.

Хемогенные или водно-хемогенные образования, делаю­щие многие пещеры необыкновенно красивыми, явля­ются лишь одним из типов пещерных отложений. Кроме них в пещерах (по классификации Д. С. Соколова и Г. А. Максимовича) встречаются также различные другие отложения, которые по происхождению подразделяются на остаточные, водно-механические, обвальные, гляциоген­ные, органогенные, гидротермальные и антропогенные.

Остаточные отложения образуются в результате выще­лачивания карстующихся пород и аккумуляции на дне пещер нерастворимого остатка, представленного в основ­ном глинистыми частицами. Пещерные глины лучше все­го изучены в сухих галереях Анаколийской пещеры, где они достигают мощности 0,45 м. Верхняя часть толщи остаточных глин состоит преимущественно из тонкоди­сперсных частиц, а нижняя - из неравномернозернистых. В составе этих глин преобладают (более 63%) частицы размером от 0,1 до 0,01 мм(табл. 1).

Водно-механические отложения представлены аллюви­ем подземных рек, осадками пещерных озер и аллохтон­ным материалом, принесенным в пещеры через трещины, органные трубы и колодцы. Они сложены песчано-глини­стым материалом. Мощность этих отложений обычно не­велика. Лишь под органными трубами они образуют гли­нистые осыпи, иногда имеющие вид островерхих кону­сов высотой до 3 м и более.

Особенно интересны пластичные глины Анакопийской пещеры, занимающие площадь более 10 тыс. м 2 . Они по­крывают пол Глинистого грота и большую часть гротов Абхазии и Грузинских Спелеологов. Предположительно мощность этих глин достигает 30 м. Пластичные глины образованы преимущественно мельчайшими частицами диаметром меньше 0,01 мм, на которые приходится свыше 53%. Они имеют алеврито-пелитовую структуру и обыч­но окрашены водными окислами железа. Эти глины об­разовались в результате осаждения мелких частиц на дне временных водоемов, образовавшихся в южной части пе­щеры, вследствие проникновения сюда атмосферных осад­ков, отличающихся значительной мутностью. Периодич­ность и длительность накопления пластичных глин под­тверждаются наличием в них различных горизонтов.

Обвальные отложения состоят обычно из крупных ха­отически нагроможденных глыб горных пород, обрушив­шихся со сводов и стен подземных полостей. Интересные подсчеты в этом отношении проведены в Анакопийской пещере. Они показали, что объем обрушенного материала в гротах Храм, Абхазия и Грузинских Спелеологов со­ставляет примерно 450 тыс. м 3 (т. е. более 1 млн. т по­роды), причем объем отдельных глыб достигает 8-12 м 3 . Мощные глыбовые навалы отмечены также во многих других пещерах (рис. 8).

Среди глыбово-обвальных отложений нередко встреча­ются обломки кальцитовых натечных образований (ста­лактиты, сталагмиты), связанные с обрушением сводов.

Чаще всего наблюдаются старые обвальные отложе­ния, покрытые глиной и кальцитовыми натеками. Одна­ко в некоторых пещерах можно встретить и совершенно свежие обвалы. Такие участки исследовались нами, в ча­стности, в Дивьей (Урал) и Кулогорской (Кулойское пла­то) пещерах.

Гляциогенные отложения. Во многих пещерах Совет­ского Союза, где в течение всего года преобладают отри­цательные температуры, отмечаются ледяные образования. К наиболее известным ледяным пещерам относятся Кунгурская, Кулогорская, Балаганская и Абогыдже.

Пещерные льды карстовых полостей - ледников, широ­ко распространенных в Крыму, на Кавказе, Русской рав­нине, Урале и Средней Сибири, подразделяются на сле­дующие основные типы: сублимационный, инфильтраци­онный, конжеляционный и гетерогенный.

Среди сублимационных образований наибольший ин­терес представляют ледяные кристаллы, формирующиеся в результате взаимодействия относительно теплого воз­духа с охлажденными предметами. Они имеют самую раз­нообразную форму, которая определяется режимом тем­пературы, влажностью, направлением и скоростью воздушных потоков (Дорофеев, 1969). Выделяют кристаллы ли­стовидной формы (образуются при температуре -0,5-2°), пирамидальной (-2-5°), прямоугольно-пластинчатой (-5-7°), игольчатой (-10-15°) и папоротниковидной (-18-20°). Наиболее красивы пирамидальные кристаллы, представленные обычно сростками спиральных пирамид до 15 см в поперечнике. Изредка на сводах пещер появляют­ся относительно правильные замкнутые шестигранные пи­рамиды, обращенные вершиной к потолку. Красивы также папоротниковидные кристаллы, образующиеся в сильные морозы и имеющие вид тонких (0,025 мм) пластинок до 5 см длиной, свисающих густой бахромой с потолка пе­щер. Эти кристаллы эфемерны; при незначительном по­вышении температуры они разрушаются. Срастаясь, кри­сталлы нередко образуют искрящиеся гирлянды, ажурные кружева и прозрачные занавеси. Ледяные кристаллы про­зрачны и очень хрупки. При прикосновении они рассы­паются на мелкие кусочки, которые медленно падают на пол пещеры.

Ледяные кристаллы обычно появляются весной и су­ществуют несколько месяцев. Лишь в некоторых пещерах, особенно расположенных в области вечной мерзлоты, встречаются многолетние кристаллы. Химический состав ледяных кристаллов зависит от состава горных пород. По данным Е. П. Дорофеева (1969), минерализация однолетних сублимационных ледяных кристаллов Кун­гурской пещеры составляет 56-90 мг/л, а многолетних - 170 мг/л.

К цнфилътрационным формам относятся ледяные ста­лактиты, сталагмиты и сталагнаты, имеющие гидрогенное происхождение. Они образуются в результате перехода воды в твердую фазу. Эти формы достигают 10 м высо­ты и 3 м в диаметре. Возраст их изменяется от 2-3 ме­сяцев до нескольких лет. В Кунгурской пещере, напри­мер, имеется ледяной сталагмит, возраст которого превы­шает 100 лет. Однолетние формы прозрачны, а много­летние благодаря примесям имеют молочно-белый цвет с голубоватым или зеленоватым оттенком.

Однолетние и многолетние ледяные образования от­личаются друг от друга и по структуре. Как показали исследования М. П. Головкова (1939), однолетние сталак­титы в Кунгурской пещере представляют собой оптиче­ски одноосный монокристалл, тогда как многолетние сталактиты состоят из многих, послойно расположенных, удлиненных, частично ограненных кристаллов, ориенти­рованных оптическими осями параллельно длине сталак­тита.

По химическому составу лед сталактитов, сталагми­тов и сталагнатов может быть пресным с количеством растворимых веществ до 0,1% (1 г/л) или солоноватым, в котором растворимых веществ содержится от 0,1 до 1%. Пресные льды встречаются обычно в карбонатных пеще­рах, а солоноватые - в сульфатных.

На стенах и сводах в холодной части некоторых пе­щер отмечается кора обледенения, которая образуется, с одной стороны, за счет застывания стекающей по трещи­нам воды, а с другой - за счет сублимации водяных паров. Толщина ее изменяется обычно от долей милли­метра до 10-15 см. Лед прозрачный, иногда молочно-бе­лый, пресный (растворимых веществ менее 1 г/л) или солоноватый. Возраст коры обледенения может быть са­мый различный, в отдельных случаях многолетний.

На полу гротов и проходов ледяных пещер нередко развит покровный лед. Он имеет гидрогенное или гете­рогенное происхождение. Мощность покровного льда из­меняется от нескольких сантиметров до нескольких мет­ров. Преобладает многолетний, часто слоистый лед. На участках аккумуляции снега встречается фирн. Химиче­ский состав покровного льда зависит от состава карстующихся пород. Различают пресный и солоноватый лед. Последний в гипсовых пещерах характеризуется сульфат­но-кальциевым составом. Минерализация пещерных льдов достигает 0,21%. Особый интерес представляют ледяные кристаллы, образующиеся на полу пещер при застывании инфильтрационных вод. Они имеют вид сросшихся игл с наросшими снизу пластинками.

Конжеляционный лед представлен льдом подземных озер и рек. Озерный лед образуется на поверхности под­земных озер в холодное время или в течение всего го­да. Площадь озерного льда зависит от размеров озера. В отдельных случаях она достигает 500 м 2 , а тол­щина льда - 0,15 м (озеро Географического Общества в пещере Абогыдже, на реке Маи). Лед на подземных по­токах имеет преимущественно локальное распространение. Площадь речного льда и мощность его обычно невели­ки. Происхождение озерного и речного льда гидрогенное. При замерзании подземных водоемов иногда образуются кристаллы в виде шестиконечных звезд толщиной 1 мм и поперечником до 10 см.

Пещерные льды содержат различные микроэлементы. Спектральный анализ пещерного льда, взятого из коры обледенения в Бриллиантовом гроте Кунгурской пещеры, показал, что среди микроэлементов преобладает строн­ций, на долю которого приходится более 0,1%. Содер­жание марганца, титана, меди, алюминия и железа не превышает 0,001%.

По условиям возникновения пещерного холода, накоп­ления снега и льда Н. А. Гвоздецкий (1972) выделяет семь типов карстовых ледяных пещер Советского Союза: а) карстовые колодцы и пропасти со снегом и льдом, лед в которых образуется из попадающего в холодное время года через устьевое отверстие снега; б) холодные пещеры мешкообразной формы, лед в них может возник­нуть путем замерзания воды, поступающей из трещин; в) сквозные, или продувные, холодные пещеры с меняю­щимся в теплое и холодное полугодия направлением тя­ги воздуха, с гидрогенным льдом и атмогенными, или сублимационными, ледяными кристаллами; г) сквозные горизонтальные пещеры-ледники с окном в потолке, через которое попадает снег, превращающийся в лед; д) сквозные, или продувные, пещеры - области вечной мерзлоты, где пещерный лед представляет собой ее особую форму; е) колодцеобразные полости - области вечной мерз­лоты; ж) мешкообразные полости - области вечной мерз­лоты.

Органогенные отложения - гуано и костяная брекчия встречаются во многих пещерах Советского Союза. Од­нако фосфоритовые залежи этих пещер отличаются зна­чительной мощностью и занимают сравнительно неболь­шие площади. Крупные скопления гуано отмечены в Ба­харденской пещере, где они занимают площадь 1320 м 2 . Мощность этих отложений достигает 1,5 м, а общий за­пас - 733 т. В результате взаимодействия фосфатов за­лежей гуано с карбонатными породами и кальцитовыми натечными образованиями формируются метасоматиче­ские фосфориты.

Гидротермальные отложения в карстовых пещерах встречаются сравнительно редко. Наибольший интерес в этом отношении представляют пещеры в верховьях реки Магиан (Зеравшанский хребет), развитые в верхнеси­лурийских известняках. Они содержат исландский шпат, флюорит, кварц, антимонит, киноварь и барит. Происхож­дение этих пещер связывается с действием гидротермаль­ных растворов, циркулировавших по тектоническим тре­щинам. Образование и накопление минеральных отло­жений в этих пещерах произошло на более поздних ста­диях их развития.

Антропогенные отложения в пещерах представлены главным образом остатками древних материальных куль­тур, находимых преимущественно в ближних частях пе­щер. В последнее время в связи с частым посещением пещер туристами и спелеологами в них накапливаются различные отложения антропогенного происхождения (остатки пищи, бумага, использованные электрические ба­тарейки и т. д.).

Остаточные. Если нерастворимая часть карбонатной породы (глинистые и песчанистые частицы) не уносится водными потоками, а остается на месте своего образования (так называемая "глинка"), то это элювий.

Обвально-гравитационные. Обвалы. Глыбы, щебень.

Речные отложения - аллювий, аллювиальные. Песок, галька, гравий.

Криогенные. Продукты ледниковой деятельности. В нижних частях нивально-коррозионных колодцев. Обломки разного размера.

Биогенные. Гуано (тропические пещеры), экскременты летучих мышей, в привходовых частях - кости упавших животных, стволы деревьев.

Хемогенные.

Все виды натечных образований:

а).Сталактиты, сталагмиты, сталагнаты (сросшиеся в колонну сталактит и сталагмит), облицовка стен, занавеси, портьеры (если источник раствора не точечный, а линейный - щель), палки, пагоды, медузы, колонны, каменные плотины, каменные водопады. Все перечисленные формы имеют одно происхождение.

б).Макаронины. Если сталактит имеет сосулькообразную, коническую форму, то макаронины имеют по всей длине (до метра и более) примерно одинаковую толщину. Зерна слагающего его кальцита более крупные, полый канал в макаронине имеет диаметр до нескольких мм., а у сталактита он очень тонкий. Сталагмит канала не имеет вовсе.

в).Кораллиты (на западе их называют ботриоидами). Механизм их образования до конца не ясен. Вероятно, они образуются диффузией ионов из окружающих пород через водные пленки, конденсирующиеся на стенах полостей. Обычно образуются на боковых стенках и дне пещер.

г).Кристалликтиты. Пучки хорошо выраженных кристаллов кальцита (до первых см.), растущие из вершин кораллитов.

д).Геликтиты. От греческого слова "геликос" - скрученный. Сталактит растет строго по вертикали, поскольку его рост контролируется силой тяжести. Рост геликтита контролируется не силой тяжести, а кристаллизационной силой. Кристалл представляет собой параллельные ряды атомов и следующий ряд подстраивается к предыдущему. Таким образом, рост происходит по оси роста кристалла, которая может быть ориентирована в пространстве как угодно.
Поэтому, направление роста геликтита также не зависит от силы тяжести. Скручивание происходит из-за примесей других атомов. Если в слое одинаковых атомов появляется чужеродный атом, то следующий слой не будет параллелен предыдущему, и направление роста кристалла изменится. Геликтит представляет из себя сросток параллельных волосовидных кристаллов кальцита или арагонита.

е).Лунное молоко (moonmilk). Мелкодисперсная влажныя масса, наподобие мокрого зубного порошка. Представляет из себя зародыши кристаллов кальцита, рост которых блокировался адсорбцией ионов магния поверхностью зародышей.
Поэтому уже образовавшиеся микрокристаллы далее не растут. Но раствор пересыщен карбонатом кальция и последний должен выпадать в осадок. Выпадают все новые кристаллы, рост которых тут же блокируется.

ж).Антолиты. Игольчатые кристаллы легкорастворимых минералов (гипс и др.) на дне высохших луж, озер. Характерны для южных, тропических пещер, где влажность не высока и возможно высыхание. В условиях Кавказа иногда встречаются на значительных глубинах, где температура может увеличиваться на 5-10 градусов. В среднем температура пород увеличивается на 1 градус на каждые 33 м. глубины. Говорят: геотермический градиент равен 1градус/33м.

з).Пизолиты (пещерный жемчуг). Неприкрепленная форма, округлые образования до 1-2см. в диаметре на дне подземных озер.

е).Пленки, забереги, оторочки, блюдца - все это по берегам подземных озер.

Рожденные во тьме

Глина - это не грязь...

Одним из важнейших компонентов подземных ландшафтов являются отложения пещер. Их классификации посвящены десятки работ специалистов-карстологов всего мира. Например, в 1985 г. Р. Цыкин выделил 18 генетических типов отложений, образующихся в пещерной обстановке. Здесь присутствуют практически все осадочные и кристаллические образования, известные на поверхности, но представлены они специфическими формами. Подробное описание пещерных отложений - дело специалистов. Наша задача - дать читателю общее представление о том, что можно встретить под землей. Для этой цели более подходит классификация, предложенная Д. С. Соколовым и переработанная Г. А. Максимовичем. Она включает 8 типов пещерных отложений: остаточные, обвальные, водные механические, водные хемогенные, криогенные, органогенные, антропогенные и гидротермальные.

Остаточные отложения. На протяжении сорокалетней пещерной деятельности автору не раз приходилось сопровождать под землей группы неспециалистов. Первая их реакция: "как здесь грязно..." Приходилось объяснять, что глина - не грязь, а один из типов отложений, обязательно присутствующих под землей.

История остаточных отложений - история капли воды. В карстующихся породах в небольших количествах (1-10%) обязательно содержится примесь песка или глины, состоящая из SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . При растворении известняков или гипсов нерастворимый остаток накапливается на стенах трещин, сползает на дно галерей, смешивается с другими пещерными отложениями. Карстолог Ю. И. Шутов подсчитал, что из одного кубического метра юрских известняков, слагающих Крымские горы (вес его около 2,7 т), образуется 140 кг глины (0,05 м 3). Исследования показали, что она сложена минералами иллитом, монтмориллонитом, каолинитом, полевым шпатом, кварцем. От их соотношения зависят свойства глин: часть из них набухает при увлажнении, закупоривая мелкие трещины, часть, напротив, легко отдает воду и быстро осыпается со стенок. Иногда в образовании налетов глины на стенках принимают участие и бактерии: в 1957 г. французский исследователь В. Комартен доказал, что некоторые виды микробов могут получать углерод непосредственно из известняка (СаСО 3). Так на стенах пещер образуются червеобразные или округлые углубления - глинистые вермикуляции, заполненные продуктами, непригодными даже для бактерий (рис. 61).

Остаточные отложения не имеют практического значения. Исключение, пожалуй, представляет случай, когда пещера находится неподалеку от действующих карьеров, где полезные ископаемые добываются взрывным способом. После сильных взрывов, эквивалентных местному сейсмическому толчку силой до 7 баллов, глины могут сползать со стенок трещин, временно закупоривая водопроводяшие каналы источников. Известны случаи, когда их расход падал до нуля, а затем из источников начинала идти красная вода, выносящая взвешенные глинистые частицы...

В грохоте обвалов

В фундаментальной сводке Г. А. Максимовича обвальным отложениям посвящено всего 5 строчек... Считалось, что они не несут почти никакой информации. Исследования 60-90 гг. показали, что это не так. Они подразделяются на три группы разного происхождения.

Термогравитационные отложения образуются только у входа в пещеру, там, где велики суточные и сезонные колебания температур. Их стены шелушатся, присводовая часть полости растет, а на ее полу накапливаются щебенка и мелкозем. Немецкий спелеолог И. Штрайт, потратив более десятка лет и применив изощренные математические методы обработки материалов, доказал, что количество этого материала, его состав, размеры, форма частиц, число их ребер и граней хранят зашифрованную информацию об изменениях климата района на протяжении десятков тысяч лет. Среднеазиатские карстоведы по пятнам этих отложений, выделяющимся на голом склоне, уверенно обнаруживают с противоположного склона малозаметные входы в пещеры.

Обвально-гравитационные отложения формируются на всем протяжении пещер, но особенно обильно - в зонах тектонической трещиноватости. Щебенка, дресва, небольшие глыбы, упавшие со сводов, дают представление о геологическом строении высоких залов, которое трудно изучить непосредственно (для исследования купола Большого зала в Карлсбадской пещере США американский спелеолог Р. Кербо использовал даже воздушный шар!).

Наибольший интерес представляют провально-гравитационные отложения . Смена предлогов имеет большой смысл: при обвале на дне галереи накапливается только тот материал, который имеется в самой пещере; при провале свода в нее поступает материал с поверхности, а при обрушении междуэтажных перекрытий возникают огромные залы... Эти отложения представлены блоками и глыбами весом в сотни тысяч тонн. Участки пещер, где они встречаются, представляют фантастическое зрелище. Многие из них настолько неустойчивы, что угрожающе скрипят, когда на них поднимается спелеолог.

Красновато-бурая поверхность известняков покрыта белыми звездами - следами ударов упавших камней. Неуютно чувствует себя человек в этом хаосе. Но часто и здесь можно найти как-то сразу успокаивающие закономерности...

В 1989 г. симферопольские спелеологи обнаружили, а в 90-е исследовали и оборудовали для экскурсий одну из самых красивых пещер Крыма - Мраморную на Чатырдаге. В ее центральной части располагается самый большой в Крыму обвальный зал (площадь - половина футбольного поля!), получивший в духе времени ироническое название зала Перестройки. К нашему удивлению, в хаосе его глыб наметился порядок: одни из них лежат горизонтально, другие - наклонены под углами 30-60°, третьи - перевернуты вверх ногами, и некогда наросшие на них сталактиты сейчас превратились в "сталагмиты"... Секрет в том, что слагающие пещеру известняки сами падают под углом 30°. Поэтому при отрыве пласта в своде зала он смещается шарнирно, с поворотом и даже переворотом.

Кроме блоков и глыб к провально-гравитационным отложениям относятся еще поваленные натечные колонны. Лучше других они изучены в сейсмических районах - в Крыму, на юге Франции, на севере Италии. При этом удалось установить прямые и обратные связи карстоведения и сейсмологии. Сильные землетрясения вызывают обрушение сводов пещер. Если образующиеся при этом блоки и глыбы трудно напрямую связать с ними, то ориентированные поваленные колонны иногда уверенно указывают на эпицентры землетрясений. Так, в Крыму описано около 60 колонн, лежащих на горизонтальном полу (это очень важно, так как на наклонных полах они могут откатиться и сменить ориентировку). 40% их тяготеет к Судакской, 40% - к Ялтинской и по 10% - к Алуштинской и Севастопольской эпицентральным зонам. Это свидетельствует о миграции очагов сильных землетрясений в антропогене от Судака до Севастополя. К сожалению, пока не найдена расчетная схема, позволяющая объяснить механизм смещения гигантов, имеющих длину до 8 м (шахта Монастыр-Чокрак), диаметр до 3 м (Красная пещера) и вес до 70 т (шахта Мира). Ясно только, что они были сильнее, чем землетрясения исторического периода.

Когда происходили такие землетрясения? Спелеология и здесь дает сейсмологам надежный метод датировки. Натечные колонны - "минералогические" отвесы, в которых зафиксировано положение геофизической вертикали данной местности на протяжении всего ее роста. Если после падения на них нарастают сталактиты или сталагмиты (рис. 62), то по их возрасту, определенному любым абсолютным методом (радиоуглеродным, ядерно-магнитного резонанса и пр.), можно определить возраст колонны (не ранее чем...). По Крыму пока есть только две радиоуглеродные даты, дающие для поваленных колонн зала Перестройки возраст 10 и 60 тысяч лет. В других пещерах мира этот диапазон еще шире - от 10 до 500 тыс. лет...

Обратная связь карста и сейсмологии проявляется в том, что при провале свода пещеры образуются блоки весом до 2- 3 тысяч тонн. Удар о пол при падении с высоты 10-100 м высвобождает энергию, составляющую 1x10 15 - 10 17 эрг, что соизмеримо с энергией землетрясений (ташкентское землетрясение 1966 г.- 1х10 18 эрга). Правда, она локализуется в небольшом объеме породы, но может вызвать ощутимое местное землетрясение силой до 5 баллов.

Спелеологические методы уточнения карт сейсмического районирования широко использовались во Франции при определении мест размещения атомных электростанций. Такие же работы, существенно изменившие первоначальные представления специалистов, были проведены в 90-е гг. в Крыму. Это лишний раз доказывает, что в природе все взаимосвязано и нет естественных объектов, не несущих полезную информацию. Надо только уметь получить ее.

Чтобы закончить эту тему, коротко коснемся еще одного вопроса. В какой мере землетрясения опасны для работающего под землей спелеолога? Сведения по этому поводу немногочисленны, но наводят на раздумья. Во время крымского землетрясения 1927 г. в шахте Эмине-Баир-Хосар на Чатырдаге находилась группа из гидрогеологического отряда П. М. Васильевского. Она вообще не ощутила семибалльный толчок, который вызвал панику среди их проводников на поверхности. 1.05.1929 г. во время Гермабского землетрясения (9 баллов) в Бахарденской пещере находились экскурсанты. Они услышали нарастающий гул, со стен посыпались отдельные камешки, по озеру у их ног пошли пологие волны... Землетрясение Вранча 4.03.1977 г. (8 баллов) ощущалось в пещере Топчика (Болгария) лишь по слабому колебанию уровня и температуры воды в подземном водотоке. Казалось бы, ясно: даже самые сильные сейсмические толчки под землей затухают (явление "декаплинга", доставившее немало хлопот при подписании договора о запрещении ядерных взрывов). Но не будем спешить с выводами. По свидетельству Л. И. Маруашвили, во время Балдинского землетрясения 1957 г. была заполнена обрушившейся породой и прекратила существование как географический объект карстовая шахта Ципурия (Грузия). После землетрясения 27.08.1988 г. в шахте Весенняя (Бзыбский массив, Грузия) произошло смещение глыбового завала на глубине 200 м. Спелеологи, только что выбравшиеся из него, уцелели лишь по счастливой случайности. Нет, с землетрясениями шутки плохи - и на земле, и под землей...

Порождение движущейся воды

Следующая примечательная группа отложений пещер - водные механические отложения. Знакомство с ними также не доставит большого удовольствия неспециалисту. В Красной пещере есть озера, где почти по пояс погружаешься в вязкую глину, часто оставляя в ней подошву ботинка, а то и нижнюю часть гидрокомбинезона... Но геолог видит в этих отложениях источник разнообразных сведений об условиях "жизни" карстовых полостей. Для их получения, прежде всего, необходимо изучить состав отложений.

Минералогический анализ иногда сразу дает ответ на вопрос, откуда поступает вода. Если состав отложений соответствует составу минералов вмещающих пород, то пещера сформирована местными, автохтонными потоками. Поэтому еще в далеком 1958 году, только начиная исследования Красной пещеры, мы уже знали, что начало ее надо искать на плато Долгоруковского массива, в шахте Провал,- ведь только в пределах питающего ее водосбора есть кварцевая галька. Изучая пещеры долины Косцельской в Татрах, польские спелеологи обратили внимание на то, что пещеры, находящиеся в одном месте, но на разной высоте над дном долины, имели разный состав песчаного заполнителя: чем ближе ко дну, тем богаче спектр находимых в нем минералов... Изучение палеогеографии района показало, что это связано с глубиной врезания реки, постепенно "добравшейся" до водосборов центральной части Татр, сложенных некарстующимися породами.

Конечно, при детальных исследованиях эта схема выглядит значительно сложнее. Приходится отбирать сотни проб, разделять их на фракции по размеру, удельному весу, магнитным и прочим свойствам, определять и подсчитывать под микроскопом содержание отдельных минеральных зерен и т. д. Наградой бывают удивительные находки. В пещерах Крыма неожиданно обнаружены минералы: муассанит, когенит, иоцит, до того известные только в метеоритах; в пещерах Болгарии обнаружены прослои вулканического пепла, которые есть основания связывать со взрывом вулкана на о-ве Санторин в Эгейском море в 25 и 4-1 тысячелетиях до н. э.

Так протянулась ниточка, связывающая исследователей пещер XX века с проблемами Атлантиды и гибели минойской культуры...

Второе направление исследований водных механических отложений - изучение их крупности. Она может быть различной - от метровых валунов, иногда находимых в пещерах, образованных ледниковыми потоками, до тончайшей глины, частицы которой имеют микронные размеры. Естественно, и методы их исследований разные: прямой обмер, использование набора сит, применение обычных и ультрацентрифуг. Что же дают все эти, часто длительные и дорогие, работы? Основное - восстановление древних палеогеографических условий существования пещер. Между скоростью подземных потоков, диаметром каналов, по которым они движутся, и размерами переносимых частиц имеются связи, выражаемые довольно сложными формулами. В их основе лежат все те же уравнения неразрывности потока Бернулли, "помноженные" на не менее известное уравнение Стокса, описывающее скорость оседания частиц в стоячей воде разной температуры и плотности. В результате получается красивая номограмма, предложенная чешским спелеологом Р. Буркхардтом,- график, по которому, зная площадь поперечного сечения хода и диаметры частиц, отложившихся на его дне, можно оценить среднюю и максимальную скорость и расход некогда бушевавших здесь потоков (рис. 63).

Изучение водных механических отложений позволяет дать ответ и на некоторые теоретические проблемы, в частности вопрос о том, в какой гидродинамической зоне закладывалась данная пещера. В 1942 г., обнаружив на дне ряда пещер США тонкую глину, опытный геолог и спелеолог Дж. Бретц предположил, что они образованы путем растворения известняков медленно текущими водами: ведь только в них возможно осаждение глинистых частиц! Через 15 лет, выкопав в десятках этих же пещер глубокие шурфы, карстовед Девис установил, что жирные глины лишь венчают очень сложный многометровый разрез заполнителя. Под глинами располагались слои песка и гравия, принесенные мощным потоком, затем следовала натечная кора, которая могла образоваться только при длительном осушении пещеры, ниже - опять в разрезе появлялась глина, ложащаяся на валуны... Так водные механические отложения помогают специалистам "прочитать" историю развития пещер.

«Капь верхняя» и «капь нижняя»

Термины "сталактит" и "сталагмит" (от греческого "сталагма" - капля) ввел в литературу в 1655 г. датский натуралист Олао Ворм. Через сто лет в русской литературе появилось не менее образное определение Михаила Ломоносова: "капь"... Действительно, эти образования связаны с капельной формой движения воды. Мы уже знаем некоторые особенности поведения капли как жидкости. Но это не просто вода, а раствор, содержащий те или иные компоненты. Когда в основании обводненной трещины формируется капля раствора, это не только борьба силы поверхностного натяжения и силы тяжести. Одновременно начинаются химические процессы, приводящие к выпадению на контакте раствора и горной породы микроскопических частиц карбоната кальция. Несколько тысяч капель, сорвавшиеся с потолка пещеры, оставляют после себя на контакте порода/раствор тонкое полупрозрачное колечко кальцита. Следующие порции воды уже будут образовывать капли на контакте кальцит/раствор. Так из колечка образуется все удлиняющаяся трубочка. Самые длинные трубочки (брчки) 4-5 м (пещера Гомбасек, Словакия). Казалось бы, несложна и химическая суть процесса - обратимая реакция

СаСО 3 + Н 2 О + СО 2 Са 2+ + 2НСО - 3 . (1)

При растворении известняка реакция идет вправо, с образованием одного двухвалентного иона Са и двух одновалентных ионов НСО 3 . При образовании натеков реакция идет влево и из этих ионов образуется минерал кальцит. Но и здесь есть "подводный камень", и даже не один...

Во многих учебниках по географии и геологии образование сталактитов объясняют испарением воды. Не избежал этой ошибки в своих ранних работах и А. Е. Ферсман. Но мы уже знаем, что в пещерах дефицит насыщения воздуха влагой близок к 0. В таких условиях преобладает не испарение, а конденсация.

Реакция (1) на деле идет в несколько стадий. Сперва вода взамодействует с углекислым газом:

Н 2 О + СО 2 = Н 2 СО 3 Н + + НСО - 3 . (2)

Но угольная кислота слабая и поэтому диссоциирует на ион водорода (Н +) и на ион НСО - 3 . Ион водорода подкисляет раствор, и только после этого начинается растворение кальцита. Значит, в формуле (1) только один ион НСО 3 поступает из породы, а второй - не связан с нею и образуется из привнесенных в карстовый массив воды и углекислого газа. Это на 20-30% уменьшает расчетную величину активности карстового процесса. Рассмотрим лишь один простой пример. Пусть сумма всех ионов, находящихся в воде, составляет 400 мг/л (в том числе - 200 мг/л НСО 3). Если мы используем анализ для оценки питьевой воды, то в расчет включаются все 400 мг/л (нам все равно, откуда взялись отдельные компоненты, находящиеся в воде, важно, что они там есть). Но если по этому анализу рассчитывать интенсивность карстового процесса, то в расчет следует включать сумму ионов минус половина содержания иона НСО 3 (400-100 = 300 мг/л). Такие ошибки в расчетах имеются в работах многих карстологов мира, в том числе имеющих высокие научные степени и звания.

Затем необходимо оценить, какой перепад парциальных давлений СО 2 имеется в системе. В 40-50 гг. считалось, что карстовый процесс идет только за счет СО 2 , поступающего из атмосферы. Но в воздухе земного шара его всего 0,03-0,04 объемных % (давление 0,0003-0,0004 мм рт. ст.), и колебания этой величины по широте и по высоте над уровнем моря незначительны. А между тем давно подмечено, что более богаты натеками пещеры умеренных широт и субтропиков, а в пещерах высоких широт и больших высот их совсем мало... Изучение состава почвенного воздуха, выполненное группой венгерского спелеолога Ласло Якуча, показало, что содержание СО 2 в нем 1-5 объемных %, то есть на 1,5-2 порядка больше, чем в атмосфере. Немедленно возникла гипотеза: сталактиты образуются при перепаде парциального давления СО 2 в трещинах (такое же, как в почвенном воздухе) и воздухе пещер, имеющего атмосферное содержание СО 2 . Последнюю коррективу внесло непосредственное определение СО 2 в воздухе пещер. Окончательный "диагноз" гласит: сталактиты образуются в основном не при испарении влаги, а при наличии градиента парциального давления СО 2 от 1-5% (почвенный воздух и вода в трещинах) до 0,1-0,5% (воздух в пещерах).

Пока питающий канал сталактита открыт, по нему регулярно поступают капли. Срываясь с его кончика, они образуют на полу одиночный сталагмит. Происходит это довольно медленно (десятки - сотни лет), и поэтому такие тянущиеся другу к другу формы во многих оборудованных пещерах мира получили образное название "вечных любовников". Когда питающий канал зарастет, будет забит глиной или песчинками, одного из любовников ожидает "инфаркт" - повышение гидростатического давления в канале. Его стенка прорывается, и сталактит продолжает расти уже за счет стекания пленки растворов по его внешней стороне (рис. 64). Если вода высачивается вдоль плоскостей напластования и наклонных трещин в своде - возникают ряды сталактитов, бахрома и занавеси самых причудливых форм и размеров.

В зависимости от постоянства водопритока и высоты зала под капельниками образуются одиночные сталагмиты-палки высотой 1-2 м и диаметром 3-4 см; "расплющенные", похожие на пни спиленных деревьев, или конусовидные, напоминающие башни или пагоды формы. Это самые крупные натечные образования пещер, имеющие размеры в несколько десятков метров. Самым высоким сталагмитом в мире сейчас считается 63-метровый гигант в пещере Лас Вильяс (Куба), а в Европе - 35,6-метровый, в пещере Бузго в Словакии. При срастании сталактитов и сталагмитов образуются сталагнаты, постепенно превращающиеся в колонны. Отдельные из них достигают 30-40 м (высота) и 10-12 м (диаметр). При стекании в виде пленок и плоских потоков образуются каскадные натеки самых разных форм и размеров.

Кроме перечисленных широко распространенных форм в субаэральных условиях (то есть в воздушной среде) образуются всевозможные причудливые образования, напоминающие цветы (антодиты), пузыри (блистеры, баллоны), кораллы (кораллоиды, попкорн, ботриоиды), спирали (геликтиты) и пр. Наибольшее удивление и у обычных посетителей, и у специалистов вызывают геликтиты. Самые крупные из них, длиной 2 м, описаны в Джаул-Кейв (ЮАР). В Новой Зеландии описан спиральный гипсовый геликтит "Пружина" длиной 80 см (Флуур-Кейв). Огромные гипсовые "лапы" длиной 5-7 м описаны в пещерах Кап-Кутан (Туркмения) и Лечугия (США). Механизм образования подобных форм до конца не разгадан, их изучением занимаются минералоги многих стран. В последние годы зародилась новая, аэрозольная гипотеза образования некоторых субаэральных форм. Так перебрасывается мостик между изучением конденсации и ионизации воздуха и проблемами спелеогенеза.

Не менее разнообразны субаквальные формы. На поверхности подземных озер образуется тонкая минеральная пленка, которая может прикрепиться к стене ванночки или к сталактиту, достигшему уровня воды, превратившись в тонкую пластинку. Если уровень воды в ванночке колеблется, то образуется несколько уровней нарастания, напоминающих кружевные оторочки. В слабо проточных ванночках и руслах подземных рек образуются натечные плотины-гуры, имеющие высоту от нескольких сантиметров до 15 м (Лос Бриджос, Бразилия). На дне ванночек или в микроуглублениях в теле натека часто образуются пещерные жемчужины, как и настоящий жемчуг, состоящие из десятков концентров нарастания. Особняком стоит удивительное образование - "лунное молоко". В разных условиях оно может быть полужидким, сметаноподобным, плотным, как творог, сыпучим, как мука. При высыхании лунное молоко превращается в тонкую белую пыль, и спелеолог, вылезающий из узкой вертикальной трубы-камина, похож на "антитрубочиста". Лунное молоко имеет около сотни синонимов, его образование "объясняют" более 30 гипотез. Единой теории пока нет, как нет, вероятно, и одной формы "лунного молока" - оно полигенетично...

Как указывали известный русский минералог Д. П. Григорьев (Санкт-Петербург) и один из лучших диагностов пещерных минералов мира - В. И. Степанов (Москва), многообразие форм пещерных отложений объясняется особенностями их онтогенеза: зарождения, избирательного роста и вторичных изменений. В этом направлении пещеры открывают широчайшие возможности кристаллографу и минералогу, лишь бы сохранить натечное убранство до их прихода... К сожалению, исследования тонкостей минералогии и геохимии пещер - пока удел любителей. Эти трудоемкие работы не находят заказчика - натечные отложения пещер, определяя их внешнюю красоту, в основном не имеют значения в практике.

С 70-х гг. XX в. положение начало потихоньку меняться: через внешнюю экзотику форм все ощутимее стали просвечивать внутренние закономерности, имеющие не только минералогический интерес. Приведем лишь несколько примеров. В 1970 г. Г. А. Максимович, обобщив разрозненные данные из многих пещер мира, доказал, что карбонатные натеки разной морфологии и размеров образуются при разной интенсивности водопритока. Так, покровные натеки и плотины образуются при расходе воды 1-0,01 л/с; конусовидные сталактиты от 0,0005 до 0,00001 л/с; эксцентричные формы - менее 0,000001 л/с. Блестящее предвидение русских минералогов Н. П. Чирвинского и А. Е. Ферсмана о значении ориентированного роста минералов сейчас развернуто в стройную концепцию естественных отвесов и уровней. В 80-е гг. она была блестяще использована для реконструкции новейших тектонических движений в карстовых районах Италии и Франции в связи со строительством атомных станций. Годичные циклы сталактитов и сталагмитов, хорошо видимые на рис. 64, оказались лишь частным случаем проявления космических ритмов.

В талантливой книге геолога и спелеолога Владимира Мальцева "Пещера мечты. Пещера судьбы", изд-во "Астрель", 1997 - минералогии одной из красивейших пещер мира - Кап-Кутан в Туркменистане - посвящена целая глава. Парадоксальное название ("Наука дилетантов") не помешало автору популярно, но в то же время - вполне профессионально рассказать о современных представлениях о формировании многих минеральных образований пещер - от простейшего сталактита до таинственного эксцентрика.

Очень интересен и химический состав водных хемогенных отложений. А. Е. Ферсман еще в начале XX в. писал, что традиционные представления о кальците как основном минерале пещер верны лишь отчасти. В 80-е гг. в фундаментальной сводке обаятельного американского минералога Карол Хилл и темпераментного итальянского спелеолога Паоло Форти /36/ приведены данные о 186 минералах пещер мира. На первом месте по количеству минеральных видов (числитель) стоят рудные минералы. По числу форм, в которых они кристаллизуются (знаменатель),- карбонаты. Всего под землей встречены минералы 10 классов: рудные - 59/7; фосфаты - 34/4; минералы разных классов - 28/6; оксиды - 12/19; силикаты - 11/14; карбонаты - 10/27; сульфаты - 10/16; нитраты - 6/4; хлориды - 4/9; гидрооксиды - 4/3. Подтвердилось и предвидение А. Е. Ферсмана о формировании минералов пещер в разных геохимических обстановках. Очевидно, не все они выявлены и охарактеризованы. В частности, только начинается изучение минералогии термальных пещер (рис. 65).

Ледяное царство

Водные хемогенные отложения - порождение жидкой и парообразной воды. Вода в виде снега и льда характерна для пещер, где постоянно или сезонно наблюдается отрицательная температура воздуха.

Скопления снега образуются только в подземных полостях с большими входами. Снег залетает в пещеру или накапливается на уступах шахт, срываясь вниз небольшими лавинами. Известны случаи формирования подземных снежных конусов объемом десятки-сотни кубометров на глубине 100- 150 м под входным отверстием (Крым, Бездонная, рис. 19). Одно из самых больших скоплений снега описано в шахте Снежная (Грузия). Первоначально снег поступает во входную воронку глубиной 40 м и площадью по верхнему краю 2000 м 2 . Отсюда он поступает в 130-метровую шахту шириной от 2 до 12м (область транзита). Через отверстие в ее дне он попадает на глубину 200 м, в Большой зал, где образует конус площадью около 5 тыс. м 2 и объемом более 50 тыс. м 3 . В разные годы его конфигурация меняется, так как в снегу образуются снежно-ледовые пробки или округлые проталины - каналы дождевого стока, меняющие пути поступления снега с поверхности.

Лед в пещерах имеет различный генезис. Чаще всего происходит уплотнение снега, который сперва превращается в фирн, а затем - в глетчерный лед; реже этот лед даже начинает двигаться, образуя подземный ледник (Аржантьер, Франция); наконец, совсем редко отмечается сохранение в пещерах льда, образованного в условиях многолетней мерзлоты (Сюрприз, Россия), или затекание наземных ледников (Кастельгард, Канада). Второй путь образования пещерного льда - попадание в холодные (статические) пещеры талой снеговой воды (Бузлук, Украина). Третий путь - охлаждение воздуха в ветровых (динамических) пещерах (Айсризенвельт, Австрия), и четвертый - образование сублимационных кристаллов атмогенного происхождения на охлажденной поверхности горной породы или на льду. Интересно, что льды разного генезиса имеют различную минерализацию: самый "пресный" (всего 30-60 мг/л) - сублимационный и глетчерный лед, самый "соленый" - лед из гипсовых и соляных пещер (2 и более г/л). Особый случай - ледяные пещеры, образованные непосредственно во льду горных или покровных ледников. Их ледовые вторичные образования связаны с таянием и замерзанием вмещающего льда (Аймфьёмет, Норвегия и пр.)

Пещеры со льдом чаще всего встречаются в горах, на высоте от 900 до 2000 м. Одна из наиболее известных - Айсризенвельт в Австрии. Вход в нее находится на высоте 1656 м, лед покрывает дно входной галереи на расстоянии до 1 км, в разные годы занимая площадь 20-30 тыс. м 2 . Одна из самых больших пещер-ледников - Добшинская (Словакия). На площади 12 тыс. м 2 здесь накопилось более 145 тыс. м 3 льда, образующего мощные каскады (возраст льда их нижних слоев до 7 тыс. лет) и ледяные натеки (возраст 1-2 года). В России наиболее известна Кунгурская ледяная пещера. Скопления льда образуются в ней в зимний период и только в привходовой части. Объем образующегося льда зависит от погодных условий холодного периода и от посещаемости пещеры.

Являясь простейшим минеральным соединением из группы оксидов, лед образует все формы, свойственные обычным натекам. Чаще других встречаются "замерзшие водопады" - каскады высотой до 100 м (Айсризенвельт), сталактиты, сталагмиты, колонны высотой 10-12 м, различные драпировки; реже - ледяные геликтиты длиной до 10 см и прозрачные гексагональные кристаллы, образующие агрегаты до 60 см в диаметре. Бывает, замерзают и подземные озера, гладкий поверхностный лед которых иногда покрывается снизу сложными подводными формами нарастания (пещеры Пинего-Кулойского района и Сибири).

9.6. За удобрениями - под землю

В пещерах часто скапливаются различные органогенные отложения: гуано, костяная брекчия, фосфориты, селитра, которые являются великолепным удобрением.

Наиболее широко распространены отложения гуано - помета летучих мышей или птиц. В средних широтах оно редко образует промышленные скопления. Обычно это тонкие прослои или конусовидные кучи высотой 1-2 м и диаметром 2-5 м, образующиеся под местами прикрепления небольших (десятки - сотни особей) колоний летучих мышей. В более низких широтах всех континентов летучие мыши образуют огромные колонии, достигающие 10-25 миллионов особей (Бракенская, Новая, США). В таких пещерах, а также - в полостях, где гнездятся птицы, скопления гуано достигают 40 м по мощности (Киркуло, Куба), а запасы - 100 тысяч тонн (Карлсбадская, Мамонтова, США). В ряде пещер Северной и Южной Америки запасы гуано выработаны полностью; на Кубе оно до сих пор считается "черным золотом". В пещере Киркуло ежегодно добывается до 1000 тонн гуано, а запасы его оцениваются в 80 тыс. тонн. Расходы по промышленной добыче гуано составляют всего 15% от его продажной цены. В Таиланде доход от эксплуатации нескольких "гуановых" пещер достигает 50 тыс. долларов. На эти деньги существует несколько буддийских храмов и общинных училищ.

Гуано - ценнейшее удобрение. В нем содержится от 12 до 30% соединений фосфора, азота, калия. Удобрения из гуано - концентрат. Чтобы пользоваться им, не повредив корневую систему растений, надо "разбавлять" его черноземом в соотношении 1:5, 1:10. Пещерные месторождения гуано эксплуатируются также в Венесуэле, Малайзии, Кении. Местные жители используют его в подсобном хозяйстве во многих карстовых районах мира (Франция, Испания, Италия, Словения, Греция, Узбекистан, Вьетнам, Австралия и пр.). В последние десятилетия в связи с "шампиньонным бумом" во Франции гуано используют при выращивании грибов.

В пещерах, где имеется гуано, входящие в его состав фосфор и сера дают начало растворам кислот, которые взаимодействуют с коренными породами и натеками. В результате возникают коррозионные формы - "гуановые" горшки, купола, ниши, а также - целый спектр (более 50!) еще слабо изученных фосфатных минералов. В пещерах, где формирование гуано продолжается и в настоящее время, очень богат и специфичен животный мир, многие представители которого являются носителями заболеваний. В 60-80 гг. при исследовании пещер низких широт тяжело заболели многие европейские спелеологи, очень восприимчивые к "тропическим" вирусам. Сейчас у пещер с гуано ставят предупреждающий знак: "Опасно: гистоплазмоз".

Несколько реже фосфорсодержащие отложения образуются в пещерах, богатых костными останками позвоночных. В Европе особенно хорошо изучены костеносные пещеры Драхенхеле и Михнитц (Австрия) и Куерси (Франция). Фосфорсодержащие отложения представляют собой рыхлые песчано-глинистые и землистые красно-бурые породы, богатые окисью фосфора (22-25%), кремнезема (22-27%), алюминия и железа (2-5%). Костяные брекчии часто цементируются карбонатными натеками. В ряде пещер Бельгии, Франции, Китая брекчии, содержащие костные останки позвоночных, полностью выработаны для нужд промышленности.

Скопления биогенной селитры (NaNO 3) изредка встречаются в пещерах, которые служили убежищем для диких животных или загонами для скота. Во многих пещерах штатов Кентукки (Мамонтова), Ю. Виргиния (Синнет), Индиана (Вайандот), Джорджия (Кингстон) в США, предгорного Крыма и Кавказа в XIX в. селитра добывалась для производства пороха. В частности, небольшой пороховой завод на "пещерном сырье" работал в Севастополе во время англо-франко-русской войны 1854-1855 гг. Интересно, что наличие розеток селитры на стенах является свидетельством сравнительно низкой (всего 70-80%) влажности воздуха пещер.

Строго говоря, к органогенным относятся и антропогенные отложения, связанные с пребыванием под землей человека. Они имеют ряд особенностей, и поэтому мы рассмотрим их ниже.

Отложения горячих растворов

В разделе "Тайны подземных сфер" мы рассказали о том, как были открыты гидротермальные пещеры. В них обнаружен ряд обычных и специфических минералов, общее количество которых быстро увеличивается и к концу 90-х гг. превысило 30. В ряде случаев температура образования гидротермальных минералов подтверждена методом гомогенизации включений. Иногда находки тех или иных минералов являются "сигналом" о возможности образования пещеры горячими растворами. В их числе находятся ангидрит (Дианы, Румыния), анкерит (полости, вскрытые угольными шахтами Донбасса, Украина), арагонит (Збрашовская, Чехия, ряд пещер Средней Азии), барит (Баритовая, Киргизия), гематит (Винд, США), кварц, киноварь, рутил (Магиан, Таджикистан) и пр. К гидротермальным образованиям А. Е. Ферсман относил и некоторые разности зональных отложений кальцита - мраморные ониксы, в погоне за которыми уничтожено натечное убранство многих красивейших пещер...

Гидротермальные образования имеют не только специфический состав, но и формы выделения. Среди них часты хорошо ограненные кристаллы, одиночные или нарастающие друг на друга кристаллы (исландский шпат из пещер Крыма). И. Кунски описал "гейзермиты", растущие при поступлении гидротермальных растворов снизу. А по одной из гипотез, с гидротермальными растворами связано образование пересекающихся перегородок - боксворк - на стенах пещеры Винд (США).

Изучение гидротермальных минералов связывает спелеологию с учением о месторождениях полезных ископаемых. Известны карстовые месторождения свинца и цинка, сурьмы и ртути, урана и золота, бария и целестина, исландского шпата и бокситов, никеля и марганца, железа и серы, малахита и алмазов /17/. Это специальная, очень сложная тема, требующая особого рассмотрения.

9.8. Краски подземного мира

Первую попытку связать между собой природу минералов с их цветом предпринял А. Е. Ферсман. Работая в основном в пещерах карбонатного карста, он обратил внимание на их светлую цветовую гамму - от белого льда пещер Крыма до желтых и кирпично-красных натеков Тюя-Муюна.

Спустя 60 лет после работ Александра Евгеньевича мы знаем много больше о цвете минералов пещер. Он зависит от наличия ионов металлов, степени окисленности и гидратированности их соединений, наличия механических примесей и органического материала /36/. Железо и его окислы определяют красную, оранжевую и желтую, буро-коричневую и палевую окраску минералов; марганец - синюю; медь - зеленую, синюю (сине-зеленую), серо-желтую; никель - бледно-зеленую и лимонно-желтую; примесь глины - красную, оранжево-коричневую и желто-коричневую; органические вещества, гуано летучих мышей, гуминовые фульвокислоты - красную, оранжевую, желтую, синюю, красно-коричневую, коричневую, янтарную окраску. Ахроматические тона (белый, светло-серый, серый) имеют лед и ряд минералов, содержащих примесь марганца.

Все эти цвета по-разному распределяются на поверхности натеков, образуя четкие слои или намечая причудливые контуры, не подчиняющиеся силе тяжести. Большую роль в восприятии цвета имеет "фактура" поверхности. Совершенно по-разному смотрятся коренные породы на свежем изломе или покрытые тонкой железисто-марганцевой корочкой, сухие и смоченные водой.

Особую прелесть придает натекам умелая полировка, вскрывающая их внутреннее строение (рис. 64). Наконец, немалую роль играет сила света и характер освещения. Одно - осматривать пещеру при свете стеариновой свечи; другое - при факелах; третье - при электрическом освещении. В этом отношении пещеры изменчивы, как Протей...

Меняет цвет и лед. Покрывая тонким слоем стены колодцев, он почти бесцветен, и через него "проступает" цвет камня или натека. Чем толще слой льда, тем менее он прозрачен и постепенно приобретает собственный, голубовато-белый или белый оттенок.

В Силицкой пещере (Словакия) известны ледяные натеки красного цвета (за счет примеси глинистых частиц). Если вода замерзает медленно, то лед более прозрачный; если быстро - то зажатые пузырьки воздуха определяют молочный оттенок льда...

Цвет стен и натеков в значительной мере определяет ощущения человека. Часто окраска предупреждает: "осторожно! здесь произошел свежий обвал"; "здесь - зона затопления в паводок"; "здесь - падают камни"...

Резкие изменения цветовой гаммы пещер настораживают, создают приподнятое или, напротив, гнетущее настроение. Недаром в некоторых из них (Аптелек, Венгрия) дают концерты цветомузыки.

Выше мы уже говорили о флюоресценции натеков. Цвет их свечения обычно оранжево-красный, бледно-зеленый, желто-зеленый, голубовато-зеленый, бледно-голубой, фиолетово-синий, фиолетовый. Связан он с наличием микропримесей меди, цинка, стронция, марганца. Наличие ионов железа, напротив, "тушит" свечение. Отчего же оно происходит? Энергия излучается и поглощается порциями - квантами. Когда атом вещества поглощает квант света, его электрон "перескакивает" на более высокий энергетический уровень - орбиту, более далекую от ядра. Но такое возбужденное состояние неустойчиво: электроны стремятся занять положение, где их энергия будет наименьшей. Поэтому рано или поздно этот атом возвращается в нормальное состояние, "срываясь" на прежний уровень и возвращая разницу энергий в виде кванта света. Время, которое электрон проводит в возбужденном состоянии, и есть длительность послесвечения. В пещерах она аномально велика и достигает 2-6 секунд (обычно около 0,015 секунды...). Причина этого явления еще не выяснена, но это не мешает нам любоваться натеками, сперва как бы наливающимися изнутри прохладным цветным огнем, который обрисовывает их причудливые очертания и медленно меркнет...

 

 

Это интересно: